DE2727709A1

DE2727709A1 - Electrolytic chlorine producing cell - with cell shells designed as heat exchangers for coolant circulation

Info

Publication number: DE2727709A1
Application number: DE19772727709
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Bender; Dieter Dr Bergner; Kurt Dipl Ing Hannesen; Wolfgang Dipl Ing Mueller; Wilfried Schulte
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1977-06-21
Filing date: 1977-06-21
Publication date: 1979-01-11

Abstract

The cell consists of two saucer-shaped halves contg. the anode and cathode, sepd. by a membrane. One or both of the halves are designed as a heat exchanger with double walls or semicircular tubes. The coolant which circulates through the heat exchanger can be used for the boiling down of the lye produced. This raises the capacity of the electrolytic cell without causing any excessive temp. rise. Used for mfr. of chlorine from an aq. alkali chloride soln.

Description

Gegenstand des Deutschen Patentes ... ... (PatentanmeldungSubject of the German patent ... ... (patent application

P 25 38 414.9) ist ein Elektrolyseapparat zur Herstellung von Chlor-aus wässriger Alkalichloridlösung, der mindestens eine Elektrolysezelle aufweist, die aus einem Gehause mit Einrichtungen zum Zuführen des Elektrolysestromes und der Elektrolyseeingangsprodukte und zum Abführen der Elektrolyseprodukte besteht und in der Anode und Kathode durch eine Trennwand voneinander angeordnet sind, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gehäuse aus zwei Halbschalen besteht, die Elektroden über elektrisch leitende Bolzen mit den Halbschalen verbunden sind, wobei die Bolzen durch die Wandung der Halbschalen hindurchragen und auf ihrer hindurchragenden Stirnseite Strousuführungen und Einrichtungen zum Zusammenpressen der Stromzuführungen, Halbschalen, Elektroden und Trennwand aufliegen und die Trennwand zwischen elektrisch isolierenden Distanzstücken, die in der Verlängerung der Bolzen auf der elektrolytisch aktiven Seite der Elektroden angeordnet sind und mittels Dichtelementen zwischen den Rändern der Halbschalen eingeklemmt ist.P 25 38 414.9) is an electrolysis machine for the production of chlorine from aqueous alkali chloride solution which has at least one electrolysis cell which from a housing with devices for supplying the electrolysis current and the Electrolysis input products and for discharging the electrolysis products and in the anode and cathode are arranged by a partition wall from each other, which thereby is characterized in that the housing consists of two half-shells, the electrodes are connected to the half-shells via electrically conductive bolts, the bolts protrude through the wall of the half-shells and on their protruding end face Strousu leads and devices for pressing together the power leads, half-shells, Electrodes and dividing wall rest and the dividing wall between electrically insulating Spacers that are in the extension of the studs on the electrolytically active Side of the electrodes are arranged and by means of sealing elements between the edges the half-shells is jammed.

Es ist bekannt, daß die Leistung von Elektrolysezellen dadurch begrenzt sein kann, daß mit steigender Belastung die Wärmeentwicklung überproportional wächst, und die Zellen infolge Übererwärmung schlecht arbeiten oder sogar ausfallen. Die kompakte Bauart der in der Praxis bisher verwandten Zellen erlaubt nur eine geringe Wärmeabfuhr durch Konvektion, so daß die entstandene Wärme auf andere Weise abgeführt werden muß. Man hat sich bisher dadurch beholfen, daß der Durchsatz von Elektrolyt durch die Zellen vergrößert und/oder dessen Eingangstemperatur herabgesetzt wurde. Die mittels teurer elektrischer Energie erzeugte Wärme geht hierbei verloren, außerdem werden die Zellen temperaturmäßig ungleich belastet. Es ist auch bekannt einen Teil der Wärme durch Wärmetausch der abgehenden Produkte mit den in die Zellen eingehenden zurückzugewinnen. Das ist aber nach den obigen Darlegungen nur in beschränktem Umfang möglich. Die Verlustwärme sollte daher möglichst am Ort der Entstehung abgeführt und nutzbringend z.B. zur Voreindampfung der Lauge ausgenutzt werden.It is known that this limits the performance of electrolytic cells it can be that with increasing load the heat development grows disproportionately, and the cells work poorly or even fail as a result of overheating. the the compact design of the cells used in practice so far only allows a small one Heat dissipation by convection, so that the heat generated is dissipated in a different way must become. So far one has managed that the throughput of electrolyte increased by the cells and / or its inlet temperature was reduced. The heat generated by means of expensive electrical energy is lost here, as well the cells are loaded unevenly in terms of temperature. It is also known a part heat by exchanging heat between the outgoing products and those entering the cells to win back. However, according to the explanations above, this is only to a limited extent possible. The heat loss should therefore be dissipated wherever possible at the point of origin and usefully used e.g. for pre-evaporation of the lye.

Es bestand die Aufgabe die Leistung der Elektrolysezelle gemäß Hauptpatent zu erhöhen, ohne daß hierdurch eine Übererwärmung der Zelle eintritt.It was the task according to the performance of the electrolytic cell Main patent without causing overheating of the cell.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Halbschale als Wärmetauscher ausgebildet ist.The object is achieved in that at least one Half-shell is designed as a heat exchanger.

Um die Wärme nutzbringend verwerten zu können, wird die Halbschale als Doppelmantel ausgebildet oder mit Halbrohren versehen.In order to be able to utilize the heat profitably, the half-shell is used designed as a double jacket or provided with half-tubes.

Durch den Doppelmantel bzw. die Halbrohre kann ein flüssiges Wärmetauschmedium zum Abführen der Wärme geleitet werden. Auf diese Weise kann die Wärme, wenn gewünscht, nutzbringend am Ort ihrer Entstehung für die Eindampfung der bei der Elektrolyse entstehenden Lauge verwendet werden. Es genugt auch die Oberflächen der Halbschalen in Rippen oder dergleichen zu vergrößern, um Wärme von der vorbeistreichenden Luft abführen zu lassen. Bei Verwendung von Rohren oder Doppelmäntel ist es möglich, die Kühlung der Zelle individuell zu gestalten. Man kann zum Beispiel entweder die untere oder die obere Hälfte der Zelle kühlen. Als vorteilhaft ist zu werten, daß der aufgefrischte Elektrolyt ohne Zwischenkühlung hoch warm in die Zelle zurückgeführt werden kann.A liquid heat exchange medium can pass through the double jacket or the half-tubes to dissipate the heat. In this way, the heat can, if desired, useful at the place of their origin for the evaporation of the electrolysis resulting lye can be used. The surfaces of the half-shells are also sufficient in fins or the like to enlarge heat from the passing air to be discharged. When using pipes or double jackets, it is possible to customize the cooling of the cell. For example, you can either use the cool the lower or upper half of the cell. It is advantageous that the refreshed electrolyte is returned to the cell at a high temperature without intermediate cooling can be.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert: Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Elektrolysezelle mit der Darstellung der Einrichtung zur Wärmeableitung.The invention is explained in more detail with reference to the figures: FIG. 1 shows a section through an electrolytic cell showing the device for Heat dissipation.

Figur 2 zeigt ein Fließbild, in dem die Wärmeausnutzung der Zellenabwärme, beispielsweise zum Voreindampfen von Lauge, schematisch dargestellt ist.Figure 2 shows a flow diagram in which the heat utilization of the cell waste heat, for example, for pre-evaporation of lye, is shown schematically.

In Figur 1 sind die wannenartigen Halbschalen 6, 6a mit den wärmeabführenden Elementen 5, 5a dargestellt und zwar sind diese Elemente beispielsweise als Doppelmäntel 5a alt einem Versteifungssteg 7 und als Halbrohrelemente 5 ausgebildet. Durch die entstandenen Hohlräume zirkuliert das Kühlmediua.In Figure 1, the tub-like half-shells 6, 6a with the heat dissipating Elements 5, 5a shown and that these elements are, for example, as double jackets 5a old a stiffening web 7 and designed as half-tubular elements 5. Through the The cooling medium circulates through the cavities created.

Auf dem Fließbild Figur 2 ist gezeigt, wie beispielsweise die Verlustwärme der Zelle 1 abgeführt und zur Eindampfung von Lauge ausgenutzt werden kann. Die Zelle 1 besteht im Wesentlichen aus den Halbschalen 6, 6aFdie aneinandergeflanscht und die durch die Membrane 2 von einander getrennt sind. In die Zelle eingebaut sind die Anode 3 und die Kathode 4. Die Ausführung entspricht der Patentanmeldung P 25 38 424.9. Auf die Halbschalen 6, 6a sind darüber hinaus die wärmeabführenden Elemente 5,z.B. durch Aufschweißen, Auflöten oder dergl. aufgesetzt. Diese Elemente können sein: Rohre, Halbrohre oder beliebige andere Profile oder die Halbschalen können auch als Doppelmäntel ausgeführt sein. Sie sind vorwiegend an der oberen Hälfte der Halbschalen angebracht, wo auch der größte Teil der Verlustwärme abzuführen ist. Als Wärmeübertragungsmittel kann Wasser, Lauge oder auch ein anderes flüssiges Medium verwandt werden, das durch die Hohlräume geführt wird.The flow diagram of FIG. 2 shows, for example, the heat loss the cell 1 and can be used for evaporation of lye. the Cell 1 consists essentially of the half-shells 6, 6aF die flanged together and which are separated from one another by the membrane 2. Built into the cell are the anode 3 and the cathode 4. The design corresponds to the patent application P 25 38 424.9. On the half-shells 6, 6a are also the heat dissipating Elements 5, e.g. attached by welding, soldering or the like. These elements can be: pipes, half-pipes or any other profiles or the half-shells can also be designed as double jackets. They are mostly at the top Half of the half-shells are attached, where most of the heat loss is dissipated is. Water, alkali or another liquid can be used as the heat transfer medium Medium are used, which is passed through the cavities.

Das Chlor und die verarmte Sole wird aus der Zelle 1 über den Abscheider 20 aus der Anlage geführt ebenso wie der Wasserstoff und die Natronlauge über den Abscheider 8. Den Abscheider 8 verläßt am Kopf der Wasserstoff, der in dem Kühler 22 weitgehend von Wasserdampf durch dessen Kondensation befreit wird, und am Fuß die Natronlauge, die über einen Standregler 9 (LIC) in das Verdampfungsgefäß 10, das unter niedrigerem als Atmosphärendruck steht,geleltet und entspannt wird.Der in 10 gebildete Wasserdanpf+) von 12 und 22 Kondensator 12 niedergeschlagen; das Kondensat/läuft in den Katholytbehälter 18. Von da wird der Katholyt mittels Pumpe 19 in die Zelle 1 geleitet. Der Druck in dem Entspannungsbehälter 10 wird durch eine nicht gezeichnete Vakuumpumpe erzeugt, der ein Nachkondensator 13 vorgeschaltet ist. Die in dem Entspannungsbehälter 10 abgekühlte und voreingedickte Lauge wird mit Hilfe der Pumpe 15 durch den Plattenwärmetauscher 14 und über den Standregler (LIC) 11 zur nicht gezeichneten Laugeeindampfung und ein Teilstrom über ein Handregelventil 21 in den Entspannungsbehälter 10 zurückgeführt. In dem Plattenwärmetauscher 14 wird die Lauge durch zirkulierendes Wasser aufgewärmt. Mit Hilfe der Pumpe 17 wird dieses Wasser durch den Plattenwärmetauscher 14 und die Wärmetauschelemente 5 im Kreislauf geführt. Zu diesem Kreislauf gehört das Ausgleichsgefäß 16. Anstelle des Kreislaufs mit Wasser kann auch die Lauge selbst benutzt werden.The chlorine and the depleted brine are removed from cell 1 via the separator 20 out of the plant as well as the hydrogen and caustic soda via the Separator 8. The separator 8 leaves the top of the hydrogen in the cooler 22 is largely freed of water vapor through its condensation, and on the foot the caustic soda, which is fed into the evaporation vessel 10 via a level regulator 9 (LIC), that is under lower than atmospheric pressure, is gelled and relaxed water vapor formed in 10 +) from 12 and 22 condenser 12 precipitated; the Condensate / runs into the catholyte container 18. From there the catholyte is pumped out 19 passed into cell 1. The pressure in the expansion tank 10 is through a vacuum pump (not shown) is generated, which is preceded by a secondary condenser 13 is. The lye cooled and pre-thickened in the expansion tank 10 is with the aid of the pump 15 through the plate heat exchanger 14 and via the level regulator (LIC) 11 for liquor evaporation (not shown) and a partial flow via a manual control valve 21 returned to the expansion tank 10. In the plate heat exchanger 14 the lye is warmed up by circulating water. With the help of the pump 17 is this water through the plate heat exchanger 14 and the heat exchange elements 5 in the Cycle guided. This circuit includes the compensation tank 16. Instead of the The lye itself can also be used in the water cycle.

+) wird in der Selbstverständlich gibt es zu diesem Beispiel Varianten. So kann der Dampf aus dem Entspannungsgefäß 10 in der nachgeschalteten Laugeeindampfung verwandt werden oder das stark wasserdampfhaltige Chlor und auch der Wasserstoff zur Aufwärmung der Lauge benutzt werden;ebenso wie die aus der Zelle 1 abgehende verarmte Sole. Wesentlich bleibt aber, daß mit Hilfe des Wasserkreislaufes die in der Zelle 1 entwickelte Verlustwärme am Ort des Entstehens abgeführt und nutzbar gemacht wird; somit eine Abführung der Wärme durch Erhöhung des Soleumlaufes in der Zelle nicht erforderlich ist. Die Sole kann sogar mit verhältnismäßig hoher Temperatur in die Zelle 1 laufen, was weitere Vorteile ergibt. Welche der Möglichkeiten genutzt wird, richtet sich nach den jeweiligen örtlichen Verhältnissen.+) is in the Of course there is to this one Example variants. So can the steam from the expansion vessel 10 in the downstream Lye evaporation can be used or chlorine, which contains a lot of water vapor, and also the hydrogen can be used to warm up the liquor, as well as that from the cell 1 outgoing impoverished brine. What remains essential, however, is that with the help of the water cycle the heat loss developed in cell 1 is dissipated at the point of origin and is made usable; thus a dissipation of the heat by increasing the brine flow in the cell is not required. The brine can even be relatively high Temperature run into cell 1, which gives further advantages. Which of the options is used, depends on the respective local conditions.

Über 23 wird der Analyt in die Zelle l geleitet.The analyte is passed into cell 1 via 23.

Uber 24 erfolgt der Ausgleich des Katholyten.The catholyte is equalized over 24.

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Claims

Electrolysis apparatus Addition to the German patent ... ... (patent application P 25 38 414.9) PATENT CLAIMS: Electrolysis apparatus according to German patent, .. ... (Patent application P 25 38 414.9) for the production of chlorine from aqueous alkali halide solution, which has at least one electrolytic cell consisting of a housing with devices for supplying the electrolysis current and the electrolysis input products and for Dissipation of the electrolysis products consists in the anode and cathode through a Partition wall are arranged separately from one another, the housing consisting of two half-shells consists, the electrodes are connected to the half-shells via electrically conductive bolts are, the bolts protrude through the wall of the half-shells and protrude on them Front side power supply lines and devices for pressing the power supply lines together, Half-shells, electrodes and dividing wall rest and the dividing wall between electrical insulating spacers that are in the extension of the bolts on the electrolytic active side of the electrodes are arranged and by means of sealing elements between the edges of the half-shells is clamped, characterized in that at least a half-shell is designed as a heat exchanger.

2. Electrolysis apparatus according to claim 1, characterized in that the half-shell is designed as a double jacket.

3. Electrolysis apparatus according to claim 1, characterized in that the half-shell is provided with half-tubes.

4. Electrolysis apparatus according to claim 1, characterized in that the half-shell is provided with ribs.